ZONNE-ENERGIE

Zonne-energie kunnen we op drie verschillende manieren toe­pas­sen:

• Passieve zonne-energie
• Actieve thermische zonne-energie
• Foto-voltaïsche zonne-energie (PV)

U weet al dat/wat u wilt? Ga dan direct naar de LINKS

Passieve zonne-energie

Deze vorm van het benutten van zonne-energie maakt geen gebruik van apparatuur. Vandaar de naam. Het is ook de oudste vorm van zonne-energie. De Romeinen en Grieken bouwden hun huizen en steden al volgens de principes van passieve zonne-energie: grote ramen op het zuiden, dan komt er licht binnen. En een slim dakoverstek zodat het ’s zomers niet te heet werd.

Wat kunnen we tegenwoordig doen?

Oriëntatie
Allereerst de oriëntatie van het gebouw/woning. Alle ‘warme’ vertrekken op de zuidkant oriënteren. Dit heet ‘zonering’. De koude vertrekken mogen dan op de noordkant en fungeren dan als een soort buffer. Veel glas op het zuiden, maar ook oost en west, betekent veel licht binnen. Dat vermindert de noodzaak tot kunstlicht. En je voelt je fijner bij natuurlijk licht dan bij kunstlicht. Het binnenvallende zonlicht wordt binnen omgezet in warmte. Dus minder stookkosten. Bij veel glasoppervlak op het zuiden bestaat bij een goed-geisoleerd huis echter de kans op oververhitting in de zomer. Er komt veel licht binnen, dat wordt warmte en die kan er slecht weer uit.

overstek-rauDe oplossing hiervoor is een goede zonwering aan de buitenkant. Dat kun je doen met zonneschermen, maar dat is duur en onderhoudsgevoelig.
De beste oplossing is een dakoverstek.
Als de zon in de zomer hoog staat, geeft het overstek schaduw. In de winter schijnt de zon er onderdoor en heb je de gewenste warmte binnen. Zonwering aan de binnenkant van het raam heeft geen zin, het licht (en de warmte) is dan immers al binnen.

Een andere zonwering bestaat uit de ouderwetse leilinden:leilindes-1
In de zomer bieden de blaadjes schaduw, in de winter kan de zon ongehinderd naar binnen schijnen. Een variant hierop kun je maken met horizontale draden waarlangs je wingerd of druiven leidt.

Een bijzondere vorm van het gebruik van passieve zonne-energie is de serre. Dit is eigenlijk en in oorsprong hetzelfde als een groentekas. Veel glas, veel licht, dus warm aan de binnenkant. In ieder geval warmer dan buiten. Maar het is enkel glas en dat isoleert slecht. Dus de warmte gaat dan ook relatief snel weer naar buiten. En dan komt er opeens een gevaarlijke valkuil! Héél veel zogenaamde serres zijn tegenwoordig gemaakt van dubbel glas. Dan blijft de warmte wel heel goed binnen, maar in de zomer kun je er niet zitten door oververhitting! Vaak wordt de muur tussen woonkamer en ‘serre’ gesloopt en dan is er helemaal geen sprake meer van een serre. Het is dan een glazen uitbouw geworden. Met als mogelijk resultaat oververhitting in de zomer en een hogere energierekening door het extra warmteverlies in de winter!

Maar hoe moet het dan wél? Een ‘echte’ serre is gemaakt van enkel glas. En is afgesloten van de rest van het gebouw/woning. En heeft géén verwarming! Het is een ‘onverwarmde buitenruimte’, een ‘wintertuin’. In het voor- en najaar kun je daar heerlijk zitten, terwijl het buiten nog koud is. Een beetje zon zorgt voor een geweldig klimaat. Een paar ramen in de serre moeten geopend kunnen worden, zodat je daar óók in de zomer heerlijk kunt verblijven.
Nóg een stap verder: de lucht in de serre kun je gebruiken als voorverwarmde ventilatielucht. Dat spaart een boel energie en vraagt een slim aangelegd ventilatiesysteem.

Een bijzondere vorm van passieve zonne-energie is ten slotte de ‘Trombe-wand’. Dit is niets anders dan een muur achter glas. Deze muur wordt warm en geeft vervolgens traag de warmte af aan de achterliggende ruimte. Dit vraagt wel een bijzonder goed ontwerp, anders is het in de zomer héél lang héél heet!

trombe

Actieve thermische zonne-energie

Deze vorm van het gebruik van zonne-energie levert warmte. In de vorm van warm water of warme lucht. En er wordt gebruik gemaakt van een ‘systeem’ waar water of lucht door stroomt en dus een pomp of ventilator voor nodig is. Vandaar ‘actief’.

Zonneboiler
De meest bekende vorm van deze zonne-energie toepassing is de zonneboiler. Deze zorgt voor de vóórverwarming van gebruikswater. Intussen meer dan 100 jaar oud en in Nederland sinds 1978 verkrijgbaar. Niets experimenteels meer.
Alle gerenommeerde fabrikanten van cv-ketels hebben een zonneboiler in hun programma.

Systeemgrootte
Hoe groot moet mijn systeem zijn? Een té groot systeem levert teveel warm water, dat je vervolgens niet gebruikt, een te klein systeem levert te weinig. Beide systemen zijn niet optimaal en minder rendabel. Op basis van berekeningen en ervaring zijn globale verhoudingen vastgesteld tussen het warmwatergebruik, het voorraadvat en het collectoroppervlak.
Hierbij is uitgegaan van het gemiddelde warmwatergebruik in Nederland. Per persoon heb je ongeveer 40 à 50 liter voorraad en 0,7 à 0,8 m² collector nodig. Afwijkingen hierop betekenen niet meteen een slecht systeem. Wat vandaag met weinig zon nadelig werkt, wordt morgen gecompenseerd door veel zon. Alle fabrikanten brengen standaardsystemen op de markt, waarbij deze verhoudingen bij benadering worden gehanteerd.

Opstelling
Voor Nederland is de optimale opstelling voor zonnecollectoren een hellingshoek tussen 30 en 60° en een oriëntatie tussen ZO en ZW. Optimaal is natuurlijk een opstelling precies gericht op het zuiden.
Het loont absoluut niet om de collectoren mee te laten draaien met de zon. Een dergelijk systeem is kostbaar en storingsgevoelig. Bovendien komt de meeste energie van indirect zonlicht (zie ‘werking’). Zonnecollectoren worden meestal op een schuin dak geplaatst, ‘tussen de pannen’. Dus net als een dakraam, waarbij er echter géén groot gat in het dak wordt gemaakt. De waterdichte afwerking aan de randen gebeurt met gootstukken. Ook is een opstelling op een frame op een plat dak mogelijk. Het doorvoeren van de leidingen vraagt bij een dergelijke opstelling bijzondere aandacht.

Rentabiliteit
Energetisch gezien heeft een zonneboiler zichzelf in ongeveer twee jaar ‘terugverdiend’.
Financieel bevelen wij een andere benadering aan dan die van de ‘terugverdientijd’. Dat begrip levert namelijk een getal dat bijzonder subjectief is. Voor de één is 15 jaar acceptabel, de ander vindt 7 te lang. Een veel realistischer benadering is die van de jaarlijkse lasten. Wat kost het je per jaar aan afschrijving, rente, onderhoud en energie? Voor de afschrijving mag je rekenen met minstens 15 jaar. Het onderhoud is nihil en kan worden meegenomen met de inspectie van de cv-ketel. Het energiegebruik van het pompje is slechts circa 60 kWh/jr. Je bespaart jaarlijks de helft van de energie voor warmwater. Voor een gezin van vier personen is de besparing ongeveer 200 m³ gas. Als je dit sommetje maakt, zie je dat je vrijwel quitte draait, of een gering bedrag per jaar tekort komt. De vraag die dan overblijft, is of je die paar tientjes ervoor over hebt. Een lidmaatschap van Greenpeace is duurder! En met de stijgende energieprijzen… Denk ook aan de mogelijkheden subsidie aan te vragen! Soms via uw energieleverancier, anders bij AgentschapNL.

Werking
Zonlicht zorgt er voor dat de absorber in de zonnecollector warm wordt. Ook bij bewolkt weer. Maar 40% van de bruikbare zonne-energie komt van direct zonlicht (dan zie je schaduwen), 60% van indirect zonlicht (bewolkt weer).zonneboilerHet water in de absorberplaat gaat via een leiding naar het voorraadvat en geeft daar warmte af aan het drinkwater. Dit voorverwarmde drinkwater wordt zo nodig naverwarmd door de gewone warmwatervoorziening, meestal de cv-ketel. De besparing wordt bereikt doordat de gewone warmwatervoorziening niet meer het hele temperatuurverschil tussen koud- en warm water hoeft te overbruggen. Een pompje zorgt voor de circulatie van het water. Een simpel stukje elektronica schakelt de pomp aan als de collector warmer is dan het voorraadvat en weer uit als er te weinig verschil is.

Thermo-syphon systeem 
Een bijzondere zonneboiler is het thermo-syphon systeem. Bij dit systeem is geen pompje nodig. Dat kan alleen als het voorraadvat voldoende hoger wordt geplaatst dan de collector en de leidingen niet lang zijn en vloeiend lopen. Het warme water in de collector wil van nature stijgen, waardoor de circulatie automatisch op gang komt en ook vanzelf stopt.

Bevriezing 
De absorberplaat in de zonnecollector bevat water, dat uiteraard in de winter zou kunnen bevriezen. Om dat te voorkomen zijn er verschillende oplossingen die allemaal goed werken:

Terugloopsysteemterugloopsysteemk
Het circuit tussen collector en vat is niet helemaal gevuld met water. Daardoor loopt het water uit de collector (het circuit in) als de pomp stilstaat. Bij vorst bevindt zich dus geen water in de absorber en bevriest dit niet. Het is bij dit systeem van belang om er op te letten dat er niet teveel water in het systeem is! Pas dus op met navullen.

Leegloopsysteem 
Hierbij gaat er bij dreigende vorst een klep open waardoor het water uit het circuit in het riool wordt geloosd. Nadeel is natuurlijk het verlies aan water en de storingsgevoeligheid. Als de beveiliging faalt, vriest de absorber stuk.

Antivriessysteem
In dit systeem is het water vervangen door antivries. Dit biedt perfecte bescherming tegen bevriezen. Is alleen wat lastiger bij vullen van het systeem, dus ook bij onderhoud en navullen. En uiteraard duurder dan water.

vacuumbuis collectorVacuümbuiscollector
In de gebruikelijke zonneboilers gebruikte men zogenaamd vlakke-plaat collectoren. De absorber is een vlakke plaat waarbij het water in buisjes of kanalen loopt. Een vacuümbuiscollector bestaat uit een serie glazen buizen waarin een smalle absorberplaat is aangebracht. De glazen buizen zijn vacuüm gemaakt, waardoor zij bijzonder goed isoleren en de absorber vrijwel geen warmte verliest. In het buisje in de absorber bevindt zich een vloeistof/damp mengsel dat de warmte van de absorber overbrengt naar de ‘condensor’, die de warmte overdraagt aan een circuit naar het voorraadvat. Er is geen gevaar voor bevriezing.

Verwarming
In grove zin kun je zeggen dat je met zonne-energie niet je huis kunt verwarmen. Immers, als de verwarming nodig is, is er doorgaans weinig zon. En een conventioneel verwarmingssysteem heeft relatief hoge temperaturen nodig (> 70°). En juist op dat moment bereik je met zonne-energie niet veel meer dan 30 à 40°. De enige mogelijkheid ligt in het gebruik van laag-temperatuur verwarming (vloer- of wandverwarming). Deze maakt gebruik van veel lagere temperaturen, waardoor je in voor- en najaar kan rekenen op een bescheiden bijdrage van de zon. Hiervoor gebruik je een zogenaamde ‘vergrote zonneboiler’, met een grotere collector en groter voorraadvat. Met een systeem van 10-16 m² en 1000-1500 liter opslag is een aardige bijdrage te verwachten. Rekenwerk aan een dergelijk systeem is omvangrijk en de moeite (en kosten!) niet waard. Wanneer een woning extreem goed is geïsoleerd, komt zonne-energie voor verwarming helemaal niet meer in aanmerking. Het zogenaamde ‘stookseizoen’ is dan veel te kort en valt in de koudste periode met de minste zon.

Luchtcollector
De luchtcollector wordt erg weinig toegepast. Belangrijkste reden hiervoor is dat lucht bijzonder slecht veel warmte kan overdragen. Er is dus veel lucht nodig en daarmee ook relatief grote kanalen. Deze systemen worden slechts in bijzondere installaties toegepast.

Zwembadverwarming 
Voor het verwarmen van een zwembad zijn lagere temperaturen nodig dan voor warmwater voor huishoudelijk gebruik. Vooral de toepassing van zonne-energie voor buitenbaden is bijzonder interessant. De warmtevraag en het aanbod lopen gelijk op. Een extra voordeel is dat het water al wordt opgewarmd vóórdat het zwemseizoen begint. Omdat er lagere temperaturen gewenst zijn, kunnen de collectoren ook eenvoudiger zijn. Meestal gebruikt men zogenaamde ‘ongeïsoleerde’ collectoren, dus een absorberplaat zonder isolatie of glas. Deze absorbers zijn dan ook meestel van kunststof, zodat het zwembadwater er direct doorheen kan (chloor zou staal, aluminium of koper van de absorber aantasten). Ook voor binnenbaden worden dergelijke systemen gebruikt, ook al is de gewenste watertemperatuur (iets) hoger.

Warmteopslag systemen
In thermische systemen slaan we de warmte doorgaans op in water. Dat kan veel energie opnemen en is goedkoop. Men is naarstig op zoek naar andere materialen, waar in een kleiner volume nog meer warmte kan worden opgeslagen, liefst voor langere tijd. Water koelt immer af en de warmte is dus maar beperkt ‘houdbaar’. Interessante mogelijkheden worden geboden door fase-overgangsmaterialen. Hierbij treden echter allerlei problemen, waardoor deze opslagsystemen nog geen gemeengoed zijn.

Foto-voltaïsche zonne-energie (PV)

PV is de afkorting van het Engelse Photo-Voltaïc. ‘Foto’ verwijst naar fotonen, lichtdeeltjes, en naar ‘Volta’, de onderzoeker die baanbrekend werk deed bij de ontdekking van elektriciteit. Het hart van een PV-systeem bestaat uit een zonnecel. Dit is een plakje silicium met contacten voor het ‘afvoeren’ van de opgewekte stroom. Dit silicium is speciaal zó gemaakt dat het werkt als een halfgeleider en onder invloed van zonlicht stroom produceert. Meerdere cellen aan elkaar gekoppeld vormen een zonnepaneel.

Een paneel bestaat uit (van voor naar achter) een glasplaat, de cellen en een achterplaat. We beschrijven hier de twee gangbare (en verkrijgbare) types cellen en panelen. Ondertussen wordt er hard gewerkt aan de ontwikkeling van goedkopere cellen. Een belangrijke ontwikkeling is die van cellen op een kunststof folie. Flexibele cellen die je kunt uitrollen op een dak. Veelbelovend, maar nog niet op de markt.
zonnecel monoEen mono-kristallijne zonnecel bestaat uit een plakje van één kristal silicium. Een dergelijke cel levert relatief veel stroom, met een rendement rond de 15%. Dat wil zeggen dat 15% van de opvallende zonnestraling wordt omgezet in elektriciteit. Door de aard van het productieproces (veel afval) zijn deze cellen relatief duur.

Amorfe zonnecel
Deze cel bestaat uit meerdere kristallen. Deze levert een lager rendement (circa 7%) maar is ook goedkoper.

Inverter
inverterZonnecellen leveren per definitie een gelijkspanning van 0,5 Volt. Door meerdere cellen aan elkaar te schakelen in een paneel levert dit geheel doorgaans 12 of 24 Volt. In ons huishouden kunnen we daar niets mee en moeten we deze gelijkspanning omvormen naar 220 Volt wisselspanning. Daarvoor is de inverter nodig. Een ingewikkeld stuk elektronica waarop de panelen worden aangesloten. Wat eruit komt is bruikbare wisselstroom. De inverters zijn er in verschillende capaciteiten, afhankelijk van het aantal panelen dat je erop aansluit.

Aansluiten en terugleveren
Een elektrische aansluiting voert de elektriciteit van de inverter naar de meterkast. Daar loopt de stroom in eerste instantie naar de gebruikers in je woning. Het overschot kan worden ‘teruggeleverd’. Dat wil zeggen, die stroom gaat het elektriciteitsnet in. Je moet een geschikte elektriciteits-meter hebben om dat te kunnen doen. En, afhankelijk van je leverancier, krijg die stroom vergoed. Het is belangrijk dit na te vragen bij je leverancier!

Opslag
De opslag van elektrische energie is voor woningen doorgaans niet interessant. Het elektriciteitsnet fungeert (nog) als een opslag. Wanneer in de toekomst héél veel duurzame elektriciteit wordt opgewekt, ontstaat de behoefte aan vormen van opslag. Slechts wanneer er geen netaansluiting in de buurt is, is opslag interessant. Vooralsnog is er geen betere oplossing dan het gebruik van accu’s. Hiervoor zijn wel speciale systemen op de markt.

Rentabiliteit
Ook zonnepanelen verdienen zich energetisch in een jaar of twee terug. Financieel is PV rendabeler dan je geld op een spaarrekening! De prijs van de met PV opgewekte stroom komt uit op circa € 0,18 / kWh, tegen € 0,23 uit het stopcontact. In een gewone woning moet PV concurreren met ‘gewone’ stroom. 222Het sommetje is hetzelfde als bij de zonneboiler. Denk eraan bij de investering rekening te houden met de geldige subsidieregelingen. Deze veranderen vaak en zijn soms ook ingewikkeld. Zonder stopcontact in de buurt is zonne- en/of windenergie de enige mogelijkheid om over elektriciteit te beschikken. Dan is het sommetje snel gemaakt.

PV panelen serie woningenPV plat dak

Huis-tuin-en-keuken toepassingen
Steeds meer elektrische of elektronische apparaten zijn uitgerust met zonnecellen. De bekendste is natuurlijk de rekenmachine. Nu ook tuinlampen, zaklantaarns, buitenverlichting, speelgoed, enzovoort. Er is een grote variëteit in de kwaliteit van deze apparaten. De cellen zijn lang niet altijd van een hoogwaardige soort, de accu’s evenmin. Zeker bij verlichting speelt dit een grote rol. Wees kritisch! Proberen of specificaties vragen over de prestaties levert meer zekerheid. Een lamp die alleen brandt als de zon schijnt is niet praktisch…

De zonatlas laat in één oogopslag zien welke daken in een gemeente geschikt zijn voor het plaatsen van zonnepanelen en het opwekken van zonne-energie. Huiseigenaren kunnen door middel van een eenvoudige rekenmodule snel uitrekenen wat de investering hen zal opleveren. zonatlas.nl. Er wordt op dit moment hard gewerkt aan het uitbreiden van de locaties.

LINKS

Zie ook Duurzaamnieuws.nl: Zonne-energie voor ’n schijntje

Een uitgebreid en gedetailleerd rapport over de toepassingsmogelijkheden in Nederland (van AgentschapNL) vindt u hier: Zonnestroomprojecten.pdf

Alles over de voorschriften en regels:
Zonnecollectoren-en-zonnepanelen

Overige sites

hetkanWel.net/…dossier-een-zonnepaneel-op-je-dak
Holland Solar (branchevereniging)
AgentschapNL
ODE (Organisatie voor Duurzame energie)
Milieu Centraal
Groene energie info